Studie: Erste Eukaryoten besiedelten vor 1,75 Milliarden Jahren sauerstoffreiche Meeresböden

Neue Hinweise darauf, wo komplexes Leben erstmals gedieh

Untersuchungen außergewöhnlich alter Mikrofossilien aus Nordaustralien verändern das Bild davon, wo die ersten komplexen Zellen lebten. Gesteine, die auf etwa 1,78 bis 1,73 Milliarden Jahre datiert werden, zeigen Hinweise darauf, dass einige der frühesten bekannten Eukaryoten – also Zellen mit Zellkern und komplexer innerer Struktur – in sauerstoffreichen, flachen Meeresböden lebten.

Damit widerspricht die Studie teilweise der früher verbreiteten Annahme, frühe komplexe Organismen hätten vor allem in sauerstoffarmen Tiefseeumgebungen existiert. Stattdessen scheinen sie in bestimmten, lokal gut mit Sauerstoff versorgten Küstenbereichen gedeiht zu sein.

Diese Organismen gehören zur evolutionären Linie, aus der später alle komplexen Lebensformen hervorgingen – von Algen über Pflanzen bis hin zu Tieren.

Fossilien aus der McDermott‑Formation

Im Mittelpunkt der Studie stehen mikroskopische Fossilien aus der McDermott‑Formation im McArthur Basin in Australien. Die Gesteinsschichten sind etwa 1,78–1,73 Milliarden Jahre alt und enthalten eine vielfältige Sammlung winziger Fossilien, die als frühe Eukaryoten interpretiert werden.

Die Strukturen dieser Fossilien deuten darauf hin, dass die Zellen bereits Merkmale besaßen, die typisch für Eukaryoten sind – etwa ein komplexes Zytoskelett und interne Membransysteme, die sie deutlich von einfacheren prokaryotischen Mikroben unterscheiden.

Sedimentologische Hinweise zeigen zudem, dass diese Organismen nicht frei im offenen Ozean schwebten. Sie lebten vielmehr in flachen marinen Lebensräumen alter Binnenmeere, etwa in Schlickflächen oder direkt im Sediment des Meeresbodens.

Wie Forscher die Sauerstoffumgebung rekonstruieren

Die Wissenschaftler kombinierten mehrere unabhängige Hinweise, um die damaligen Umweltbedingungen zu rekonstruieren:

• Verteilung der Fossilien: Die Mikrofossilien konzentrieren sich in Sedimenten, die eindeutig mit Lebensräumen am Meeresboden verbunden sind. Das spricht dafür, dass die Organismen im oder auf dem Sediment lebten.
• Sedimentologische Analyse: Die Gesteine entstanden in flachen Küsten- und Gezeitenzonen, nicht in tiefen Ozeanen.
• Geochemische Signaturen: Chemische Spuren in den Sedimenten weisen darauf hin, dass diese Lebensräume lokal Sauerstoff enthielten, obwohl große Teile des tiefen Ozeans im Proterozoikum weiterhin sauerstoffarm waren.

Zusammen ergeben diese Befunde das Bild von frühen Eukaryoten als bodenlebende Organismen in sauerstoffhaltigen Nischen der damaligen Meere.

Hinweise auf frühe Mitochondrien

Dass diese Organismen in sauerstoffreichen Umgebungen lebten, hat wichtige Konsequenzen für ihr Stoffwechselsystem. Viele Forschende interpretieren dies als Hinweis darauf, dass sie bereits aeroben Stoffwechsel betrieben.

Das wiederum legt nahe, dass sie Mitochondrien oder mitochondrienähnliche Energiesysteme besaßen – Zellorganellen, die Sauerstoff nutzen, um Energie effizient zu erzeugen.

Alle heutigen Eukaryoten stammen von Vorfahren ab, die Mitochondrien besitzen. Die neuen Ergebnisse stützen daher die Idee, dass diese Organellen sehr früh in der Evolution komplexer Zellen entstanden und entscheidend für ihre energetischen Fähigkeiten waren.

Warum komplexes Leben lange selten blieb

Obwohl Eukaryoten bereits vor etwa 1,7 bis 1,8 Milliarden Jahren existierten, dominierten sie die Ökosysteme noch lange nicht. Über hunderte Millionen Jahre hinweg blieb die Biosphäre der Erde überwiegend von prokaryotischen Mikroben geprägt.

Ein wichtiger Grund dürfte die damalige Umwelt gewesen sein. Zwar hatte sich bereits Sauerstoff in der Atmosphäre angesammelt, doch große Teile der Tiefsee waren weiterhin sauerstoffarm oder völlig anoxisch.

Dadurch waren Organismen, die auf Sauerstoff angewiesen waren, wahrscheinlich auf relativ kleine Bereiche beschränkt – etwa flache Küstenzonen oder Meeresböden mit lokalem Sauerstoffangebot.

Ein entscheidender Schritt zur modernen Biosphäre

Die australischen Fossilien zeigen eine Übergangsphase der Erdgeschichte: Komplexe Zellen existierten bereits, aber die Umwelt bot ihnen noch nicht überall geeignete Bedingungen.

Erst als sich sauerstoffreiche Meeresbereiche später stärker ausbreiteten, konnten Eukaryoten ihre Lebensräume erweitern – vom Meeresboden in die Wassersäule und schließlich in vielfältige marine Ökosysteme.

Diese Entwicklung ebnete den Weg für die Ausbreitung von Algen, mehrzelligen Organismen und letztlich auch Tieren – zentrale Schritte in der langfristigen Evolution der komplexen Biosphäre unseres Planeten.